特用玉米分子育种研究进展与展望

特用玉米是一类对于营养品质、质地、风味等有特殊要求的玉米类型,品质性状是特用玉米育种的重要目标。目前许多特用玉米重要的品质性状基因已被定位与克隆,利用分子育种方法加速特用玉米品质改良已经成为可能。特用玉米主要包括甜玉米、糯玉米、高淀粉玉米、高蛋白玉米、高油玉米和爆裂玉米等类型。研究证实控制前三类玉米品质性状的基因均与玉米胚乳淀粉合成途径的酶相关,由于基因序列发生插入、缺失、重组及单核苷酸变异等不同类型的突变引起淀粉合成途径的酶失去或降低活性,导致胚乳中糖与淀粉的组分与含量改变,从而形成不同类型的特用玉米品质性状。特用玉米品质性状重要基因包括甜质基因sh2、bt1、bt2、su1、ae1,淀粉合成调控基因se1与wx1,高蛋白基因o2等。基因序列遗传变异分析发现,sh2、bt2、su1、ae1、wx1、o2等基因存在多种自然突变类型,且不同的突变类型间可能存在较大的基因序列结构差异。针对这些重要基因的功能标记已被开发与利用,转基因与基因编辑技术的高效特性也得到了验证。爆裂玉米Ga1-S基因具有单向杂交不亲和特性,能够有效阻止外源花粉污染。培育带有Ga1-S基因的甜玉米、糯玉米、高淀粉玉米...     

植物油脂合成调控与遗传改良研究进展

植物种子油脂储存的主要形式是三酰甘油。在植物生长发育中,脂肪酸和三酰甘油具有重要功能。分析了植物种子油脂合成代谢过程调控研究进展,总结了改良植物种子油脂策略：①调节碳源分配,抑制碳源流入蛋白质合成路径的关键酶编码基因的表达、增强碳源流入脂肪酸合成路径的关键酶编码基因的表达;②干预油脂合成,促进脂肪酸生物合成,提高三酰甘油组装过程的关键酶编码基因的表达水平;③提高种子油脂的品质：改变植物脂肪酸组成,调节脂肪酸脱氢酶基因的表达,引入外源超长链多不饱和脂肪酸合成途径;④调控油脂合成代谢途径的转录因子表达,提高种子油脂含量。还讨论了植物油脂合成的三酰甘油前体转运机制及合成途径多基因共同调节合成途径等。     

木薯MeSSSⅣ基因启动子克隆及序列分析

木薯是热带典型的高淀粉、抗逆、抗旱作物。可溶性淀粉合成酶（SSS）是植物淀粉合成过程中的关键酶之一。根据已发表的拟南芥SSS郁基因序列,通过同源比对从木薯AM560、KU50基因组中获得木薯MeSSS郁基因的cDNA序列以及该基因部分启动子序列,设计特异引物,从木薯栽培种KU50基因组DNA中克隆了MeSSS郁基因系列1068bp（该序列包含978 bp的启动子调控序列及90bp的基因编码序列）。序列分析表明,启动子调控序中除含有典型的真核生物核心启动子区域外,还含有多个TATA-box、CAAT-box等启动子元件以及多种与脱水、激素和光响应相关的顺式作用元件,特别是发现CGACGOSAMY3、DOFCOREZM尧SREATMSD、SURE等与糖信号相关的重要顺式元件,这些元件预示MeSSS郁基因的表达可能与糖信号相关遥以上结果说明,MeSSS可能参与木薯多种代谢过程,其表达可能受多种调控因子的调节。     

木薯MeSSSIV基因启动子克隆及序列分析

木薯是热带典型的高淀粉、抗逆、抗旱作物.可溶性淀粉合成酶(SSS)是植物淀粉合成过程中的关键酶之一.根据已发表的拟南芥SSSⅣ基因序列,通过同源比对从木薯AM560、KU50基因组中获得木薯MeSSSⅣ基因的cDNA序列以及该基因部分启动子序列,设计特异引物,从木薯栽培种KU50基因组DNA中克隆了MeSSSⅣ基因系列1068 bp(该序列包含978 bp的启动子调控序列及90 bp的基因编码序列).序列分析表明,启动子调控序中除含有典型的真核生物核心启动子区域外,还含有多个TATA-box、CAAT-box等启动子元件以及多种与脱水、激素和光响应相关的顺式作用元件,特别是发现CGACGOSAMY3、DOFCOREZM、SREATMSD、SURE等与糖信号相关的重要顺式元件,这些元件预示MeSSSⅣ基因的表达可能与糖信号相关.以上结果说明,MeSSSⅣ可能参与木薯多种代谢过程,其表达可能受多种调控因子的调节.     

基于WGCNA挖掘谷子淀粉合成相关基因

[目的]淀粉是植物发育过程中重要的能源物质,也是影响作物品质的重要物质之一。明确谷子淀粉合成调控相关基因对于开展谷子品质分子育种具有重要意义。[方法]本试验对谷子及其它5种禾本科作物直链淀粉合成关键基因Waxy进行聚类,并对其基因特征进行了分析;对Waxy基因在谷子中的表达模式进行分析;以名优谷子品种晋谷21为材料,构建淀粉合成相关基因的共表达网络。[结果]确定了6个物种中Waxy氨基酸序列系统发育关系、基因结构及蛋白基序,明确了Waxy蛋白具有糖基转移酶(GT_1)和淀粉合成酶催化区(GT_5)2个保守性结构域;确定了Si4g02980基因是谷子籽粒淀粉合成的主效基因。WGCNA筛选出含淀粉合成相关基因数目较多的2个模块,确定了一批包括转录因子的候选基因。[结论]本研究结果可为进一步鉴定和克隆谷子淀粉合成调控关键基因及谷子品质分子育种提供理论支撑。     

玉米淀粉分支酶基因启动子的克隆及生物信息学分析

[目的]为了研究不同淀粉含量的启动子之间是否有差异及对直链淀粉合成途径是否有影响.[方法]以常规玉米叶片基因组DNA为模板,利用NCBI网站公布的高直链玉米淀粉分支酶基因(Zea mays starch branching enzyme IIb,SBEIIb)序列设计引物,通过PCR反应扩增出常规玉米淀粉分支酶基因的启动子序列,将该扩增片段与T载体连接后测序,并与高直链玉米淀粉分支酶基因启动子的序列进行比较分析.[结果]结果表明:玉米淀粉分支酶基因启动子与公布的启动子序列同源性高达99.3%,序列差异Pi值为0.007 16,该差异主要是SNP(单核苷酸多态性)和Indel(插入/缺失)造成的,推测该差异可能会影响到淀粉分支酶基因的表达,是造成玉米直链淀粉含量差异的因素之一.[结论]该研究为深入了解玉米直链淀粉合成机理提供了重要依据.     

植物淀粉品质控制酶基因ISO的分子生物学研究

淀粉的合成过程受到一系列酶的调控,淀粉去分支酶是一个重要的调控酶。综述了高等植物中淀粉去分支酶基因ISO的特征、功能和表达调控方面的研究进展,并讨论了ISO基因的研究趋势。     

稻米食味品质的遗传和分子生物学基础研究

食味品质是最重要的稻米品质性状之一。从淀粉组成和结构与食味品质的关系、食味品质性状的基因定位和QTL分析以及淀粉合成过程中的关键酶及其基因对淀粉品质的表达调控等方面进行了综述 ,讨论了进一步开展稻米食味品质形成的遗传和分子生物学基础研究的可能途径     

小麦TaAGPL1基因上游转录因子TabHLH39的分离及其功能研究

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase) 是作物淀粉合成的关键酶，由两个小亚基 (small subunit, AGPS) 和两个大亚基 (large subunit, AGPL)组成，具有细胞质 (cytosol) 和质体 (plastid) 两种亚型。AGPL1是胞质型大亚基，对该酶活性的发挥具有重要功能。已有研究表明，过表达小麦胞质AGPase大亚基TaAGPL1-1D基因显著提高了小麦AGPase活性和淀粉积累速率，说明TaAGPL1-1D在淀粉生物合成中起着重要作用。将TaAGPL1-1D启动子与小麦籽粒cDNA文库进行酵母单杂交，筛选出一个转录因子TabHLH39，随后对TabHLH39与TaAGPL1-1D启动子之间的互作进行了验证；采用大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默技术，在田间小麦植株基因组内沉默了该转录因子，发现 BSMV-VIGS-TabHLH39 病毒沉默小麦植株籽粒的粒长、粒宽、粒重和淀粉含量均显著下降，且TaAGPL1-1D的表达水平也显著降低，表明TabHLH39可能通过正向调控TaAGPL1-1D基因的表达，参与了小麦淀粉的合成。     

小麦TaAGPL1基因上游转录因子TabHLH39的分离及其功能研究

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase) 是作物淀粉合成的关键酶，由两个小亚基 (small subunit, AGPS) 和两个大亚基 (large subunit, AGPL)组成，具有细胞质 (cytosol) 和质体 (plastid) 两种亚型。AGPL1是胞质型大亚基，对该酶活性的发挥具有重要功能。已有研究表明，过表达小麦胞质AGPase大亚基TaAGPL1-1D基因显著提高了小麦AGPase活性和淀粉积累速率，说明TaAGPL1-1D在淀粉生物合成中起着重要作用。将TaAGPL1-1D启动子与小麦籽粒cDNA文库进行酵母单杂交，筛选出一个转录因子TabHLH39，随后对TabHLH39与TaAGPL1-1D启动子之间的互作进行了验证；采用大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默技术，在田间小麦植株基因组内沉默了该转录因子，发现 BSMV-VIGS-TabHLH39 病毒沉默小麦植株籽粒的粒长、粒宽、粒重和淀粉含量均显著下降，且TaAGPL1-1D的表达水平也显著降低，表明TabHLH39可能通过正向调控TaAGPL1-1D基因的表达，参与了小麦淀粉的合成。